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图3－4 液压缸的工作原理
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1．速度和流量
若忽略泄漏，则液压缸的速度和流量关系如下：
Q＝Av
(3－1)
vQ A
(3－2)
式中，Q表示液压缸的输入流量(m3/s或L/min，其中1L＝1×10－3
m3)；A表示液压缸活塞上有效工作面积( mm2)；v表示活塞移动
速度(m/s)。
通常，活塞上有效工作面积是固定的，由式(3－2)可知，活
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(6)放气装置。在安装过程中或停止工作一段时间后，空气 将侵入液压系统内。缸筒内如存留空气，将使液压缸在低速时 产生爬行、颤抖等现象，换向时易引起冲击，因此在液压缸结 构上要能及时排除缸内留存的气体。一般双作用式液压缸不设 专门的放气孔，而是将液压油出入口布置在前、后端盖的最高 处。大型双作用式液压缸则必须在前、后端盖设放气栓塞。对 于单作用式液压缸，液压油出入口一般设在缸筒底部，放气栓 塞一般设在缸筒的最高处。
T

b
R2 R1
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图3－5 单杆活塞缸
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图3－6 差动缸
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图3－6所示为单杆活塞缸的另一种联结方式。它把右腔的
回油管道和左腔的进油管道接通，这种联结方式称为差动联结。
活塞前进的速度v及推力F为
则有
v3

Q
Q A1

Q


4
(D2
D2
d 2 )v3
4
4Q v3 π d 2
πd4 F3 p( A1 A2 ) p 4
塞的速度取决于输入液压缸的流量。故由上述理论可知，速度
和负载无关。
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2．推力和压力
推力F是压力为p的液压油作用在有效工作面积为A的活塞上，
以平衡负载W。若液压缸回油接油箱，则p0＝0，故有
F＝W＝p·A (N)
(3－3)
式中，p表示液压缸的工作压力(MPa)；A表示液压缸活塞上
有效工作面积( mm2)。
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推力F可看成是液压缸的理论推力，因为活塞的有效面积固 定，故压力取决于总负载。
如图3－5(a)所示，当油液从液压缸左腔(无杆腔)进入时，活 塞前进速度v1和产生的推力F1为
Q 4Q v1 A1 π D2
F1

p1
A1

p2

A2


4
[( p1

p2 )D2

p2d 2 ]
(3－4) (3－5)
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液压与气动技术第三章
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液压执行元件是把液体的压力能转换成机械能的装置，它 驱动机构作直线往复或旋转(或摆动)运动，其输出为力和速度或 转矩和转速。
液压辅助元件则是为使液压系统在各种状态下都能正常运 作所需的一些设备。它包括蓄能器、过滤器、油箱等装置。液 压辅助元件的合理设计与选用，将在很大程度上影响液压系统 的效率、噪声、温升、工作可靠性等技术性能。
(4)活塞杆。它是由钢材做成的实心杆或空心杆。其表面经 淬火再镀铬处理并抛光。
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(5)缓冲装置。为了防止活塞在行程的终点与前后端盖发生 碰撞，引起噪音和液压冲击，影响工作精度或使液压缸损坏， 常在液压缸前后端盖上设有缓冲装置，以使活塞移到快接近行 程终点时速度减慢下来直至停止。图3－3(b)所示前后端盖上的 缓冲阀是附有单向阀的结构。当活塞接近端盖时，缓冲环插入 端盖，即液压油的出入口，强迫液压油经缓冲阀的孔口流出， 促使活塞的速度缓慢下来。相反，当活塞从行程的终点将离去 时，如液压油只作用在缓冲环上，活塞要移动的那一瞬间将非 常不稳定，甚至无足够力量推动活塞，故必须使液压油经缓冲 阀内的单向阀作用在活塞上，如此才能使活塞平稳地前进。
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3．1 液 压 缸
液压缸是使负载作直线运动的执行元件。 3．1．1 液压缸分类
液压缸可分为单作用式液压缸和双作用式液压缸两类。单 作用式液压缸又可分为无弹簧式、附弹簧式、柱塞式三种，如 图3－1所示；双作用式液压缸又可分为单杆式和双杆式两种， 如图3－2所示。
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图3－1 单作用式液压缸 (a)无弹簧式；(b)附弹簧式；(c)柱塞式
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如图3－5(b)所示，当油液从液压缸右腔(有杆腔)进入时，活 塞后退的速度v2和产生的推力F2为
Q
4Q
v2 A2 π(D2 d 2 )

F2

p1

A2

p2

A1


4
[( p1

p2 )D2

p2d 2 ]
(3－6) (3－7)
因为活塞的有效面积A1>A2，所以v1<v2，F1>F2。
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图3－2 双作用式液压缸 (a)单杆式；(b)双杆式
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3．1．2 液压缸结构 图3－3所示为液压缸，它由缸筒、端盖、活塞、活塞杆、
缓冲装置、放气装置和密封装置等组成。选用液压缸时，首先 应考虑活塞杆的长度(由行程决定)，再根据回路的最高压力选用 适合的液压缸。
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图3－3 液压缸结构 (a)外观；(b)结构；(c)职能符号
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(1)缸筒。缸筒主要由钢材制成。缸筒内要经过精细加工， 表面粗糙度Ra<0.08 μm，以减少密封件的摩擦。
(2)端盖。通常它由钢材制成，有前端盖和后端盖之分，它 们分别安装在缸筒的前后两端。端盖和缸筒的连接方法有焊接、 拉杆、法兰、螺纹连接等。
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(3)活塞。活塞的材料通常是钢或铸铁，有时也采用铝合金。 活塞和缸筒内壁间需要密封，采用的密封件有“O”形环、“V” 形油封、“U”形油封、“X”形油封和活塞环等。而活塞应有一 定的导向长度，一般取活塞长度为缸筒内径的0.6～1.0倍。
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(7)密封装置。液压缸的密封装置用以防止油液的泄漏。液 压缸的密封主要是指活塞、活塞杆处的动密封和缸盖等处的静 密封。常采用“O”形密封圈和“Y”形密封圈。
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3．1．3 液压缸的参数计算 液压缸的工作原理如图3－4所示。液压缸缸体是固定的，
液压油从A口进入作用在活塞上，产生一推力F，通过活塞杆以 克服负荷W，使活塞以速度v向前推进，同时活塞杆侧的液压油 通过B口流回油箱。相反，若高压油从B口进入，则活塞后退。
(3－8) (3－9)
显然，差动联结时活塞运动速度较快，产生的推力较小。 所以，差动联结常用于空载快进场合。
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3．1．4 其他液压缸
1．摆动缸
摆动式液压缸也称摆动马达。当它通入液压油时，它的主
轴输出小于360°的摆动运动。图3－7(a)所示为单叶片式摆动缸，
它的摆动角度较大，可达300°。当摆动缸进、出油口压力为p1 和p2，输入流量为Q时，它的输出转矩T和角速度ω 为